Estudo do compósito de polipropileno, polipropileno maleatado, alumínio e fibras de Phormium tenax

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Furtado, Fábio
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/69268
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Thais Helena Sydenstricker Flores-Sahagun
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spelling Corrêa, Harrison LourençoUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaFlores-Sahagun, Thais Helena Sydenstricker, 1960-Furtado, Fábio2024-08-01T19:47:06Z2024-08-01T19:47:06Z2020https://hdl.handle.net/1884/69268Orientadora: Profa. Dra. Thais Helena Sydenstricker Flores-SahagunCoorientador: Prof. Dr. Harrison Lourenço CorrêaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 14/05/2020Inclui referências: p. 198-207Área de concentração: manufaturaResumo: A Phormium tenax é uma gramínea da família Hemerocallidaceæ que pode alcançar até três metros de altura. Dela se obtém uma fibra resistente, de fácil obtenção, de baixo custo de cultivo, pouco estudada na literatura e que pode ser usada no reforço de polímeros. A fibra ainda é proveniente de fontes renováveis e é um material biodegradável. Os compósitos são materiais de muito interesse na indústria. Eles são feitos de uma combinação de materiais formados por matriz e reforço cujas propriedades são aprimoradas em relação aos materiais tradicionais (metálicos, cerâmicos ou poliméricos). Neste trabalho, foram preparados compósitos de matriz de polipropileno (PP) compatibilizados por 10% de polipropileno maleatado (PPMA) reforçados por fibras vegetais de Phormium tenax e, em alguns casos, com chapas de alumínio, obtidas do corpo das latas de bebidas estiradas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver materiais compósitos contendo 20, 30 e 35% p/p de reforço de fibras curtas de Phormium tenax com e sem folhas de alumínio, processados por extrusão e compressão, e também com 20% p/p de fibras curtas, longas e contínuas processados somente por compressão. O desenvolvimento desses compósitos objetiva, futuramente, seu uso em vigas sanduíches reforçado por folhas de alumínio e fibras longas de Phormium tenax. Amostras de PP puro foram preparadas para comparar e avaliar as suas propriedades com as adquiridas pelos compósitos. A Phormium tenax foi avaliada como uma fibra hidrofílica com um percentual de 87,99 ± 2,56%, o que justifica as altas taxas de absorção de água encontradas nos compósitos. As fibras de Phormium tenax foram caracterizadas quanto à sua composição química e apresentaram 44,27% celulose, 13,20% de hemicelulose, 15,02% de lignina, 23,40% de extrativos totais e 4,11% de cinzas. O grau de cristalinidade por difratometria de raios-X da fibra foi de 36,37%, do PP de 62,33%, do PPMA de 62,00%, do compósito com 20% p/p de fibras de 59,00%, do compósito com 30% de fibras de 52,33% e do compósito com 35% de fibras de 49,67%. A estabilidade térmica por termogravimetria (TGA) das fibras se apresentou entre 130 e 200°C e todos os demais materiais ensaiados iniciaram a degradação a partir dos 220 a 230°C. O aumento na fração mássica de fibras implicou no aumento da estabilidade térmica, resultando em maiores temperaturas de degradação. A Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) apontou a presença de grupos funcionais como OH, CH, CH2, CH3 e H2O. A resistência à tração da fibra foi de 711,86 ± 61,06 MPa. Os nutrientes presentes na fibra podem interferir direta e indiretamente em suas propriedades. Os compósitos de PP reforçados por fibras curtas de Phormium tenax foram caracterizados por ensaios de tração e obtiveram valores que vão de 18,34 a 24,04 MPa, enquanto compósitos com fibras longas obtiveram resistência à tração de 31 MPa e com fibras contínuas de 35,8 MPa. As superfícies de fratura de corpos de prova tracionados, flexionados e fraturados por impacto foram analisados por MEV. Embora a fibra de Phormium tenax possua boa resistência mecânica, seus compósitos não obtiveram resultados satisfatórios devido a defeitos, tais como poros, microcavidades, fenômeno de pull-out e aleatoriedade de orientação das fibras. Palavras-chave: Composição química. Resistência mecânica. Análises térmicas. Aspectos visuais. Imagens das amostras. Nutrientes.Abstract: Phormium tenax is a kind of grassy of the Hemerocallidaceæ family that can reach up until three meters in height. From it is obtained a resistant fiber, of easy obtaining, low cultivation costs, little studied in the literature and that can be used in the reinforcement of polymers. The fiber still is a biodegradable material that comes from renewable resource. Composites are materials of great interest in the industry. They are made of a combination of material formed by matrix and reinforcement whose properties are improved in relation to traditional materials (metallic, ceramic or polymers). In this work, composites of polypropylene (PP) matrix were made compatibilizer with 10% of maleated polypropylene (MAPP) reinforced by vegetable fibers of Phormium tenax and, in some cases, with aluminum sheets, obtained from the body of the stretched beverage cans. The aim of this work is to develop composites containing 20, 30 and 35% w/w of reinforcement by Phormium tenax short fibers with and without aluminum sheets, processed by extrusion and compression, and also with 20% p/p of short, long and continuous fibers processed only by compression. The development of these composites aims in the future to be used in sandwich-beams reinforced by aluminum sheets and long fibers of Phormium tenax. PP pure samples were prepared to compare and evaluate its properties with those acquired for the composites. Phormium tenax was evaluated as a hydrophilic fiber with a percentage of 87.99 ± 2.56%, that justify the high water absorption rates found in composites. Phormium tenax fibers were characterized by their chemical composition and they showed 44.27% of cellulose, 13.20% of hemicellulose, 15.02% of lignin, 23.40% of total extractives and 4.11% of ashes. Crystallinity index by X-ray diffractometry was 36.67% for fibers, 62.33% for PP, 62.00% for MAPP, 59.00% for composite with 20% w/w of fibers, 52.33% for composite with 30% w/w of fibers and 49.67% for composite with 35% w/w of fibers. The thermal stability by thermogravimetry (TGA) of the fibers was between 130 and 200°C and all others materials tested started degradation from 220 to 230°C. The increase in mass fraction of fibers implied an increase in thermal stability, resulting in higher degradation temperatures. The Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) pointed out to presence of functional groups as OH, CH, CH2, CH3 and H2O. Nutrients present in the fiber can interfere direct and indirectly on its properties. The tensile strength of the fiber was 711.86 ± 61.06 MPa. PP composites reinforced by Phormium tenax short fibers was characterized by tensile tests and obtained values from 18.34 to 24.04 MPa, while composites with long fibers obtained a tensile strength of 31 MPa and with continuous fibers of 35.8 MPa. Composites of PP with MAPP and short fibers of Phormium tenax were characterized by tensile tests and obtained values ranging from 18,34 to 24,04 MPa, while composites with long fibers obtained tensile strength of 31 MPa and composites with continuous fibers of 35,8 MPa. The fractured surface of tensile test, flexural test and impact by IZOD test specimen was analyzed by scanning electronic microscopy (SEM).Although Phormium tenax fiber has a good mechanical strength, its composites did not obtain satisfactory results due to defects, such as pores, microcavities, pull-out phenome and randomness of fiber orientation. Key-words: Chemical composition. Mechanical strength. Thermal analysis. Visual aspects. Samples images. Nutrients1 recurso online : PDF.application/pdfPolipropilenoEngenharia MecânicaEstudo do compósito de polipropileno, polipropileno maleatado, alumínio e fibras de Phormium tenaxinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccess1884/692682024-08-01 16:47:06.793metadata only accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/69268Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-08-01T19:47:06Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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